Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема 2. Пакетная передача данных в сетях Занятие 1. Технология GPRS
Первоначально сети GSM обеспечивали передачу сообщений только в режиме с коммутацией каналов. Для увеличения скорости передачи данных в существующих сетях GSM была разработана технология пакетной передачи данных по радиоканалу (General Packet Radio Service, GPRS).
По существу, GPRS — это наложенная на GSM система пакетной передачи данных, где весь поток данных разбивается на отдельные пакеты и затем доставляется пользователю, где происходит сборка пакетов. При использовании пакетной передачи данных мобильный терминал получает и отправляет данные с переменной скоростью, зависящей от условий распространения радиоволн и наличия свободных каналов связи, выделенных для GPRS в пределах заданной соты. При этом динамическое выделение каналов (теоретически абонент может получить от одного до восьми TDMA-кадров) происходит часто исходя из приоритета голосовых каналов, т.е. система автоматически выделяет под пакетную передачу все радиоканалы, не занятые передачей речи. В последнее время для GPRS выделяются самостоятельные каналы данных.
Мобильные терминалы с GPRS классифицируются по трем классам исходя из возможности одновременных запросов на передачу речи (через GSM) и передачу данных (через GPRS).
Класс А — терминал позволяет одновременно осуществлять передачу речи и данных в режиме GPRS. В случае приема информации и при входящем вызове терминал класса А поддерживает одновременную работу по передаче речи и данных.
Класс В — терминал поддерживает и речевое соединение, и передачу данных в пакетном режиме, но эти режимы используются не одновременно (во время передачи данных через GPRS абонент не может совершать и принимать речевые сообщения, и наоборот). В каждый момент времени может передаваться только трафик GSM или GPRS. Если во время загрузки информации из Интернета (режим GPRS) мобильный терминал принимает вызов для голосовой связи, передача данных прерывается. Как только речевое соединение завершается, загрузка данных возобновляется, поскольку логическая связь между сетью GPRS и терминалом сохраняется. Выбор режимов «GPRS» или «речь» осуществляется, как правило, автоматически с приоритетом последнего.
Класс С — терминал обеспечивает только передачу данных в пакетном режиме или только речи. Выбор режимов «GPRS» или «речь» выполняется вручную. Например, если терминал обслуживает передачу данных, голосовое соединение невозможно.
Скорость приема и передачи сообщений зависит от возможностей конкретной модели мобильного терминала, а именно, от количества каналов, поддерживающих прием и передачу данных.
Для гибкого использования ресурса сотовой сети в GPRS реализованы четыре схемы кодирования (Coding Scheme, CS), обозначаемые как CS1, CS2, CS3, CS4. Каждая из схем позволяет обеспечить определенные скорости передачи в расчете на один канал и предъявляет свои требования к величине отношения сигнал/шум в канале связи (табл. 1.2, рис. 1.2).
Таблица 1.2. Схемы кодирования в GPRS и скорости передачи данных
|
Схема кодирования |
Скорость передачи данных, кбит/с |
Отношение сигнал/шум, дБ |
|
CS1 |
9,05 |
>11 |
|
CS2 |
13,4 |
>15 |
|
CS3 |
15,6 |
>17 |
|
CS4 |
21,4 |
>24 |
Рис.1.2. Скорость передачи данных различных схем кодирования GPRS
На практике наибольшее распространение получила схема кодирования CS2 при одновременном занятии четырех временных интервалов (тайм-слотов) в TDMA-кадре GSM в прямом канале (DL) и одного тайм-слота в обратном канале (UL). Таким образом, в существующих GSM/GPRS-сетях скорость передачи данных по технологии GPRS в прямом канале при схеме кодирования CS2 не превышает 53,6 кбит/с.
Поскольку сеть передачи данных GPRS является наложенной на сеть GSM, то не требуется кардинальной модернизации существующей сетевой GSM-инфраструктуры. Кратко рассмотрим обобщенную структурную схему и функциональное назначение базовых элементов сети GPRS (рис.1.3).
Сервисный узел поддержки GPRS (Serving GPRS Support Node, SGSN) выполняет функции обработки пакетных сообщений и преобразования кадров GSM в форматы, используемые протоколом TCP/IP2. Во время процесса управления доступом к сети узел SGSN принимает участие в процедурах аутентификации абонентов, шифровании сообщений, ведет базу данных обслуживаемых пакетной сетью абонентов. Сервисный узел поддержки отвечает также за коммутацию входящего трафика к подсистеме BSS и исходящего к сетевым элементам, которые устанавливают связь с внешними сетями пакетной передачи (PDN). SGSN находится на одном логическом уровне с коммутатором и выполняет аналогичные задачи: отслеживает местоположение мобильных станций и осуществляет взаимодействие с ними.
Рис.1.3. Структурная схема GSM/GPRS-сети в соответствии со спецификациями ETSI EN 301 344 v.7.4.1
Шлюзовый узел поддержки GPRS (Gateway GPRS Support Node, GGSN) является новым сетевым элементом, служащим для взаимодействия между внешними сетями передачи данных (Интернет и др.) , поддерживающими протоколы IP, Х.25. GGSN преобразует пакеты, поступающие от SGSN, в формат протокола IP или Х.25 и передает их в соответствующую сеть. С точки зрения внешней сети шлюзовый узел поддержки GPRS выглядит как некая «диспетчерская станция», владеющая адресами всех IP-абонентов, обслуживаемых GPRS.
Сервисный и шлюзовый узлы могут взаимодействовать друг с другом, используя IP-маршрутизаторы. Обмен пакетами данных между ними осуществляется по магистральной линии с использованием туннельного протокола (GPRS Tunnel Protocol, GTP).
В функции блока управления пакетами (Packet Control Unit, PCU) входят: управление доступом к каналам, их объединение, а также сегментация и восстановление пакетов.
Таким образом, GPRS — это технология, позволяющая передавать через элементы сети GSM данные с пакетной коммутацией (Packet Switching, PS).
(0,0,0)
(0,0,1)
(1,1.1)
(1.0,0)
Рис.1.4. Модуляция 8-PSK в технологии EDGE
Теоретически GPRS позволяет выделить одному пользователю все восемь тайм-слотов TDMA-кадра на одной несущей, обеспечивая максимальную скорость передачи данных 171,2 кбит/с при схеме кодирования CS4. Однако с учетом передачи управляющих протокольных блоков данных и избыточности кодов с коррекцией ошибок реальная максимальная скорость передачи данных составит 115,2 кбит/с (14,4 кбит/с на канал).
2. Технология EDGE
Следующим шагом развития сетей пакетной передачи является технология EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), повышающая скорость передачи данных в сетях GSM/GPRS до 384 кбит/с. Технология EDGE была предложена организацией, разрабатывающей стандарты , спецификации, технические требования для сотовых сетей связи третьего поколения (Third Generation Partnership Project, 3GPP), в рамках проекта 3GPP-GERAN (GSM, EDGE, Radio Access Network) . Сети GSM , включающие технологии GPRS и EDGE, называют сетями 2,5G.
Увеличение скорости передачи данных в технологии EDGE обеспечивается за счет применения восьмипозиционной фазовой манипуляции 8-PSK (8 Phase Shift Keying), в которой трем битам данных (ООО, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) при передаче по радиоканалу соответствует одно из восьми значений фазы несущей (рис. 1.4). Для сравнения, при гауссовской манипуляции с минимальным частотным сдвигом (Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK) в GSM/GPRS- системе одному биту данных ставится в соответствие одно значение номинала частоты при определенном их разносе.
Как было отмечено ранее, в технологии GPRS определены четыре схемы кодирования CS1...CS4. Аналогично определены схемы кодирования с соответствующими скоростями передачи данных для технологии EDGE, использующие модуляцию 8-PSK. В EDGE используется адаптивная модуляция с коммутацией пакетов, при этом применяются девять уровней кодирования от MCS1 до MCS9 с различными характеристиками помехоустойчивости (рис. 1.5). Смена режима кодирования происходит каждый раз после того, как предыдущий блок принят с низкой достоверностью.
GMSK S-PSK
Рис.1.5. Скорости передачи данных различных схем кодирования GPRS и EDGE
Из рис. 1.5 видно, что в EDGE при использовании модуляции 8-PSK минимальная скорость передачи информации составляет 22,4 кбит/с (схема MCS-5) и превосходит максимальную скорость в GPRS, равную 21,4 кбит/с (схема CS-4).
Следует заметить, что схемы кодирования GPRS CS1...CS4 (GMSK) отличаются от используемых в EDGE схем MCS-1 ...MCS-4 (GMSK). В EDGE реализован метод на основе повышенной избыточности кода, когда искаженный блок запоминается и в дальнейшем сравнивается с повторно принятым блоком (в GPRS искаженный блок удаляется).
Вопросы для самопроверки
Сравните максимальные показатели скорости передачи данных при модуляции GMSK и модуляции 8-PSK.
Преподаватель Н.Майлов
2 TCP/IP — Протокол управления передачей/Протокол Интернет (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).
3 ГЛАВА 1